含離子液體介質中固定化酵母細胞催化三甲基硅乙酮不對稱還原反應的研究.pdf

1、近年來，離子液體替代有機溶劑作為綠色反應介質用于生物催化與生物轉化已引起人們的關注。研究結果表明，大多數(shù)生物催化劑在含離子液體介質中具有較高的活性、選擇性及穩(wěn)定性。含離子液體介質中的生物催化反應具有廣闊的應用前景。然而，現(xiàn)有的相關研究主要集中在探討含離子液體介質中生物催化某一反應的可能性，且涉及到的反應類型和生物催化劑的種類非常有限。通過對比研究離子液體和其他介質中的活細胞催化反應以揭示離子液體中活細胞生物催化特性的研究報道甚少。另一方

2、面，有機硅化合物是一類含C-Si鍵的非天然化合物，其不僅在不對稱合成及功能材料中有非常重要的作用，而且許多有機硅化合物還具有特殊的生物學活性，其作為藥物，較其碳結構類似物具有更強的藥效、更高的選擇性和更低的毒性。“硅替代”是藥物設計、改造的有效途徑。基于以上情況，本論文對比研究了不同介質中酵母活細胞催化三甲基硅乙酮(ATMS)不對稱還原反應過程，探討離子液體對反應的影響規(guī)律，揭示含離子液體介質中生物催化特性，并以此為基礎，創(chuàng)立具有自主知

3、識產權的可用于高效制備對映體純(S)-1-三甲基硅乙醇的生物催化體系。 離子液體的組成和含量對固定化釀酒酵母催化活性和穩(wěn)定性有重要的影響。固定化釀酒酵母細胞在含離子液體介質中催化ATMS不對稱還原反應的催化活性隨離子液體的組成和含量的改變而變化。所研究的大部分離子液體在適當?shù)臐舛然蜃罴褍上囿w積比的條件下顯著提高了固定化釀酒酵母細胞的催化活性。在含離子液體介質中，固定化釀酒酵母催化ATMS不對稱還原反應的對映體選擇性明顯優(yōu)于在有機

4、溶劑/緩沖液雙相體系中的對應值。離子液體對酵母細胞操作穩(wěn)定性的影響呈現(xiàn)多樣性。 與正己烷/緩沖液雙相體系中相比，固定化釀酒酵母細胞在含離子液體(C<,4>MIm·BF<,4>和C<,4>MIm·PF<,6>)介質中催化ATMS不對稱還原反應的最適pH值、底物濃度和振蕩速度發(fā)生變化，盡管最適反應溫度未變，但溫度對反應的影響規(guī)律不同。在C<,4>MIm·BF<,4>/緩沖液混合體系中，最適離子液體濃度、pH值、反應溫度、底物濃度和

5、振蕩速度分別為10％(v/v)、7.5、30℃、77mmol/L和180r/min；在此條件下，反應初速度為74.5mmol/L·h，最大轉化率和產物e.e.值分別為99.2％和99.9％以上。在C<,4>MIm·PF<,6>/緩沖液雙相體系中，該反應的最適兩相體積比、pH值、反應溫度、底物濃度和振蕩速度分別為6/1、7.3、30℃、84mmol/L和180r/min；在此條件下，反應初速度為63.4mmol/L·h，最大轉化率和產物e

6、.e.值分別為99.9％和>99.9％。雖然固定化面包酵母細胞在含離子液體介質中的最適反應條件不同于固定化釀酒酵母，但是各種反應條件對該兩種細胞催化該反應的影響規(guī)律相似。在C<,4>MIm-PF<,6>/緩沖液雙相體系中，該反應的最適兩相體積比、pH值、反應溫度和底物濃度分別為6/1、5.5、35℃和126 mmol/L；在此條件下，反應初速度為91.7 mmol/L·h，最大轉化率和產物e.e.值分別為99.9％和99.9％以上。在

7、C<,4>MIm·BF<,4>/緩沖液混合體系中，最適離子液體濃度、pH值、反應溫度和底物濃度分別為10％(v/v)、7.3、35℃和70 mmol/L；在此條件下，反應初速度為84.8 mmol/L·h，最大轉化率和產物e.e.值分別為99.2％和99.9％以上。在各自最優(yōu)反應條件下，面包酵母細胞在含離子液體介質中催化ATMS還原反應活性及對映體選擇性明顯高于在含有機溶劑介質中的對應值，并且酵母細胞的操作穩(wěn)定性顯著提高。

8、 含離子液體介質中釀酒酵母細胞的生理部分特性研究表明，離子液體對酵母細胞的生長活性和個體形態(tài)有顯著的影響。不同離子液體對酵母細胞生理特性影響顯然不同。在所研究的幾種含離子液體介質中，釀酒酵母細胞在含C<,4>MIm·PF<,6>介質中的生長活性最強、細胞的個體形態(tài)幾乎未發(fā)生變化，這與釀酒酵母細胞在C<,4>MIm·PF<,6>/緩沖液雙相體系中表現(xiàn)出較高催化活性和穩(wěn)定性的結果相一致。 本研究有助于豐富對離子液體中生物合成與生